Исследователи разработали оптический синапс на основе кристаллов оксида меди, который имитирует работу биологических нейронов. Эта технология может ускорить вычисления и снизить энергопотребление в системах искусственного интеллекта.
Ученые из ИТМО разработали искусственный оптический синапс, используя оксид меди (тенорит) — распространенный в природе полупроводник. Под воздействием лазера, кристаллы меди ведут себя как биологические синапсы в мозге человека: их реакция зависит от частоты световых импульсов. Эта технология может стать основой для создания нейроморфных процессоров, которые работают как мозг и могут быстрее обучать искусственный интеллект, потребляя меньше энергии.
Современные нейросети сталкиваются с проблемой «бутылочного горлышка» из-за разделения процессора и памяти, что замедляет работу и увеличивает затраты энергии. В отличие от этого, биологические синапсы одновременно обрабатывают и хранят данные, что вдохновило ученых на поиск альтернативных решений. Кристаллы тенорита, размещенные на золотых контактах, меняют свои оптические свойства при нагреве, реагируя на лазерные импульсы подобно нейронам. Интенсивность их электрического отклика зависит от частоты облучения, что позволяет имитировать обучение нейросетей.
Такие процессоры смогут обрабатывать информацию не через двоичный код, а через изменение силы сигнала в искусственных синапсах, выполняя вычисления внутри одного кристалла. Это сократит время и энергозатраты, ускорив обучение ИИ и обработку данных. В тестах нейросеть на основе тенорита достигла 95% точности в распознавании рукописных цифр уже после трех циклов обучения. Кроме того, кристаллы показали высокую стабильность, выдержав 13 тысяч лазерных импульсов без разрушения.
Эта технология также проста и экологична, так как медь широко распространена в природе и может быть легко синтезирована в лаборатории дорогостоящих методов. Это открывает путь к массовому производству энергоэффективных устройств, которые могут имитировать работу мозга.